Sony Xperia Z3 的處理器晶片 Qualcomm Snapdragon 801 型號為 MSM8974AC；Krait 400 CPU 時脈為 2.5 GHz，GPU 時脈 578 MHz。用在 Xperia Z2 的 MSM8974AB 晶片組 CPU 時脈為 2.3 GHz，GPU 時脈 550 MHz，Z3 與 Z2 都是 3GB RAM。
GeekBench 3 用來測試 CPU 的多執行緒效能，Xperia Z3 分數與 Z2 接近，不過略輸同樣是 Snapdragon 801 的 Galaxy S5 與 Oppo Find 7a。
新版 AnTuTu 5 測試手機 12 個項目，包括「多執行緒」、「Android 執行環境」、「RAM 運算」、「RAM 速度」、「CPU 整形性能」、「CPU 浮點運算」、「單線程 CPU 整形性能」、「單線程 CPU 浮點性能」、「2D 繪圖性能」、「3D 繪圖性能」、「存儲 I/O」、「數據庫 I/O」。AnTuTu 5 測試繪圖性能時，手機螢幕要在開啟下進行的，所以 LG G3 的 QHD 螢幕會讓 GPU 負擔較重，導致分數遭拖累而墊底。
Basemark OS II 測試手機單核心執行緒、多執行緒、位元演算、圖形效能，分數愈高愈好。Sony Xperia Z3 在第一階段綜合項目原本表現不錯，但在單執行緒、多執行方面分數郤不明原因掉下來。
再來是螢幕關閉下，進行 GPU 的性能，Xperia Z3 的 Adreno 330 獲得 27.7，跟其它使用 Snapdragon 801 晶片的手機相差不多。
GFXBench 螢幕開啟模式下，表現就不同了；只有 720p 解析螢幕的 Z1 Compact 及 Z3 Compact 反而變的吃香，雙雙進入排行榜第一與第二名。致於 1080p 的 Z3 與其它同樣是 Snapdragon 801 晶片的 1080p 旗艦機則伯仲之間。
接下來 BaseMark X 測試圖形運算的跑分方面，Xperia Z3 是我們測試過的手機當中表現最好。
在有關網頁處理 JavaScript 效能的 Kraken 1.1 及 BrowserMark 2.1 方面，Xperia Z3 表現屬一屬二。
